В состав чего входит кальций. При каких условиях возрастает потребность в кальции? Для чего нужен кальций

Кальций - элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium ). Простое вещество кальций - мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.

Кальций в окружающей среде

В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, он есть в морской и речной воде, входит в состав растительных и животных организмов. На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа).

Изотопы кальция

Кальций встречается в природе в виде смеси шести изотопов: 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, среди которых наиболее распространённый - 40 Ca - составляет 96,97 %.

Из шести природных изотопов кальция пять стабильны. Шестой изотоп 48 Ca, самый тяжелый из шести и весьма редкий (его изотопная распространённость равна всего 0,187 %), как было недавно обнаружено, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 5,3×10 19 лет.

Содержание кальция в горных породах и минералах

Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате - анортите Ca.

В виде осадочных пород соединения кальция представлены мелом и известняками, состоящими в основном из минерала кальцита (CaCO 3). Кристаллическая форма кальцита - мрамор - встречается в природе гораздо реже.

Довольно широко распространены такие минералы кальция, как кальцит CaCO 3 , ангидрит CaSO 4 , алебастр CaSO 4 ·0.5H 2 O и гипс CaSO 4 ·2H 2 O, флюорит CaF 2 , апатиты Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), доломит MgCO 3 ·CaCO 3 . Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.

Кальций, энергично мигрирующий в земной коре и накапливающийся в различных геохимических системах, образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов).

Миграция кальция в земной коре

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

СаСО 3 + H 2 O + CO 2 ↔ Са (НСО 3) 2 ↔ Ca 2+ + 2HCO 3 -

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Огромную роль играет биогенная миграция.

Содержание кальция в биосфере

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях (см. тж. ниже). Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Так, гидроксиапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH, или, в другой записи, 3Ca 3 (PO 4) 2 ·Са(OH) 2 - основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO 3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4-2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция - около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).

Получение кальция

Кальций впервые получен Дэви в 1808 г. с помощью электролиза. Но, как и другие щелочные и щелочноземельные металлы, элемент №20 нельзя получить электролизом из водных растворов. Кальций получают при электролизе его расплавленных солей.

Это сложный и энергоемкий процесс. В электролизере расплавляют хлорид кальция с добавками других солей (они нужны для того, чтобы снизить температуру плавления СаСl 2).

Стальной катод только касается поверхности электролита; выделяющийся кальций прилипает и застывает на нем. По мере выделения кальция катод постепенно поднимают и в конечном счете получают кальциевую «штангу» длиной 50...60 см. Тогда ее вынимают, отбивают от стального катода и начинают процесс сначала. «Методом касания» получают кальций сильно загрязненный хлористым кальцием, железом, алюминием, натрием. Очищают его переплавкой в атмосфере аргона.

Если стальной катод заменить катодом из металла, способного сплавляться с кальцием, то при электролизе будет получаться соответствующий сплав. В зависимости от назначения его можно использовать как сплав, либо отгонкой в вакууме получить чистый кальций. Так получают сплавы кальция с цинком, свинцом и медью.

Другой метод получения кальция – металлотермический – был теоретически обоснован еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Кальций восстанавливают алюминием при давлении всего в 0,01 мм ртутного столба. Температура процесса 1100...1200°C. Кальций получается при этом в виде пара, который затем конденсируют.

В последние годы разработан еще один способ получения элемента. Он основан на термической диссоциации карбида кальция: раскаленный в вакууме до 1750°C карбид разлагается с образованием паров кальция и твердого графита.

Физические свойства кальция

Металл кальций существует в двух аллотропных модификациях. До 443 °C устойчив α-Ca с кубической гранецентрированной решеткой (параметр а = 0,558 нм), выше устойчив β-Ca с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (параметр a = 0,448 нм). Стандартная энтальпия ΔH 0 перехода α → β составляет 0,93 кДж/моль.

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций.

Несмотря на повсеместную распространенность элемента, даже химики и то не все видели элементарный кальций. А ведь этот металл и внешне и по поведению совсем непохож на щелочные металлы, общение с которыми чревато опасностью пожаров и ожогов. Его можно спокойно хранить на воздухе, он не воспламеняется от воды. Механические свойства элементарного кальция не делают его «белой вороной» в семье металлов: по прочности и твердости кальций превосходит многие из них; его можно обтачивать на токарном станке, вытягивать в проволоку, ковать, прессовать.

И все-таки в качестве конструкционного материала элементарный кальций почти не применяется. Для этого он слишком активен. Кальций легко реагирует с кислородом, серой, галогенами. Даже с азотом и водородом при определенных условиях он вступает в реакции. Среда окислов углерода, инертная для большинства металлов, для кальция – агрессивная. Он сгорает в атмосфере CO и CO 2 .

Естественно, что, обладая такими химическими свойствами, кальций не может находиться в природе в свободном состоянии. Зато соединения кальция – и природные и искусственные – приобрели первостепенное значение.

Химические свойства кальция

Кальций - типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

В ряду стандартных потенциалов кальций расположен слева от водорода. Стандартный электродный потенциал пары Ca 2+ /Ca 0 −2,84 В, так что кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

Ca + 2Н 2 О = Ca(ОН) 2 + Н 2 + Q.

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях:

2Са + О 2 = 2СаО, Са + Br 2 = CaBr 2 .

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

Са + Н 2 = СаН 2 , Ca + 6B = CaB 6 ,

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 , Са + 2С = СаС 2 ,

3Са + 2Р = Са 3 Р 2 (фосфид кальция), известны также фосфиды кальция составов СаР и СаР 5 ;

2Ca + Si = Ca 2 Si (силицид кальция), известны также силициды кальция составов CaSi, Ca 3 Si 4 и CaSi 2 .

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты (то есть эти реакции - экзотермические). Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

СаН 2 + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + 2Н 2 ,

Ca 3 N 2 + 3Н 2 О = 3Са(ОН) 2 + 2NH 3 .

Ион Ca 2+ бесцветен. При внесении в пламя растворимых солей кальция пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Такие соли кальция, как хлорид CaCl 2 , бромид CaBr 2 , иодид CaI 2 и нитрат Ca(NO 3) 2 , хорошо растворимы в воде. Нерастворимы в воде фторид CaF 2 , карбонат CaCO 3 , сульфат CaSO 4 , ортофосфат Ca 3 (PO 4) 2 , оксалат СаС 2 О 4 и некоторые другие.

Важное значение имеет то обстоятельство, что, в отличие от карбоната кальция СаСО 3 , кислый карбонат кальция (гидрокарбонат) Са(НСО 3) 2 в воде растворим. В природе это приводит к следующим процессам. Когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки, то наблюдается их растворение:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 .

В тех же местах, где вода, насыщенная гидрокарбонатом кальция, выходит на поверхность земли и нагревается солнечными лучами, протекает обратная реакция:

Са(НСО 3) 2 = СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О.

Так в природе происходит перенос больших масс веществ. В результате под землей могут образоваться огромные провалы, а в пещерах образуются красивые каменные «сосульки» - сталактиты и сталагмиты.

Наличие в воде растворенного гидрокарбоната кальция во многом определяет временную жёсткость воды. Временной её называют потому, что при кипячении воды гидрокарбонат разлагается, и в осадок выпадает СаСО 3 . Это явление приводит, например, к тому, что в чайнике со временем образуется накипь.

Применение кальция

До последнего времени металлический кальций почти не находил применения. США, например, до второй мировой войны потребляли в год всего 10...25 т кальция, Германия – 5...10 т. Но для развития новых областей техники нужны многие редкие и тугоплавкие металлы. Выяснилось, что кальции – очень удобный и активный восстановитель многих из них, и элемент стали применять при получении тория, ванадия, циркония, бериллия, ниобия, урана, тантала и других тугоплавких металлов. Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов.

Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных аккумуляторов с малым саморазрядом. Также металлический кальций идет на производство качественных кальциевых баббитов БКА.

Применение металлического кальция

Главное применение металлического кальция - это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.

Природный мел в виде порошка входит в составы для полировки металлов. Но чистить зубы порошком из природного мела нельзя, так как он содержит остатки раковин и панцирей мельчайших животных, которые обладают повышенной твердостью и разрушают зубную эмаль.

Использование кальция в ядерном синтезе

Изотоп 48 Ca - наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48 Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других «снарядов» (ионов). Радиоактивный кальций широко используют в биологии и медицине в качестве изотопного индикатора при изучении процессов минерального обмена в живом организме. С его помощью установлено, что в организме происходит непрерывный обмен ионами кальция между плазмой, мягкими тканями и даже костной тканью. Большую роль сыграл 45 Са также при изучении обменных процессов, происходящих в почвах, и при исследовании процессов усвоения кальция растениями. С помощью этого же изотопа удалось обнаружить источники загрязнения стали и сверхчистого железа соединениями кальция в процессе выплавки.

Способность кальция связывать кислород и азот позволила применить его для очистки инертных газов и как геттер (Геттер – вещество, служащее для поглощения газов и создания глубокого вакуума в электронных приборах.) в вакуумной радиоаппаратуре.

Применение соединений кальция

Некоторые соединения кальция, получаемые искусственным путем, стали даже более известными и привычными, чем известняки или гипс. Так, гашеную Са(OH) 2 и негашеную СаО известь применяли еще строители древности.

Цемент – это тоже соединение кальция, полученное искусственным путем. Сначала обжигают смесь глины или песка с известняком и получают клинкер, который затем размалывают в тонкий серый порошок. О цементе (вернее, о цементах) можно рассказывать очень много, это тема самостоятельной статьи.

То же самое относится и к стеклу, в состав которого тоже обычно входит элемент.

Гидрид кальция

Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH 2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.

Оптические и лазерные материалы

Фторид кальция (флюорит) применяется в виде монокристаллов в оптике (астрономические объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике, а также как сцинтиллятор.

Карбид кальция

Карбид кальция – вещество, открытое случайно при испытании новой конструкции печи. Еще недавно карбид кальция CaCl 2 использовали главным образом для автогенной сварки и резки металлов. При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, а горение ацетилена в струе кислорода позволяет получать температуру почти 3000°C. В последнее время ацетилен, а вместе с ним и карбид все меньше расходуются для сварки и все больше – в химической промышленности.

Кальций как химический источник тока

Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических батареях в качестве анода(например кальций-хроматный элемент). Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей - чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.).

Огнеупорные материалы из кальция

Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов.

Лекарственные средства

Соединения кальция широко применяются в качестве антигистаминного средства.

• Хлорид кальция
• Глюконат кальция
• Глицерофосфат кальция

Кроме того, соединения кальция вводят в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых.

Кальций в организме человека

Кальций - распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть содержится в скелете и зубах в виде фосфатов. Из различных форм карбоната кальция (извести) состоят скелеты большинства групп беспозвоночных (губки, коралловые полипы, моллюски и др.). Потребность в кальции зависит от возраста. Для взрослых необходимая дневная норма составляет от 800 до 1000 миллиграммов (мг), а для детей от 600 до 900 мг, что для детей очень важно из-за интенсивного роста скелета. Большая часть кальция, поступающего в организм человека с пищей, содержится в молочных продуктах, оставшийся кальций приходится на мясо, рыбу, и некоторые растительные продукты (особенно много содержат бобовые).

Усваиванию кальция препятствуют аспирин, щавелевая кислота, производные эстрогенов. Соединяясь с щавелевой кислотой, кальций дает нерастворимые в воде соединения, которые являются компонентами камней в почках.

Избыточные дозы кальция и витамина Д могут вызвать гиперкальцемию, после которой следует интенсивная кальцификация костей и тканей (в основном затрагивает мочевыделительную систему). Максимальная дневная безопасная доза составляет для взрослого от 1500 до 1800 миллиграмм.

Кальций в жёсткой воде

Комплекс свойств, определяемых одним словом «жесткость», воде придают растворенные в ней соли кальция и магния. Жесткая вода непригодна во многих случаях жизни. Она образует слой накипи в паровых котлах и котельных установках, затрудняет окраску и стирку тканей, но годится для варки мыла и приготовления эмульсий в парфюмерном производстве. Поэтому раньше, когда способы умягчения воды были несовершенны, текстильные и парфюмерные предприятия обычно размещались поблизости от источников «мягкой» воды.

Различают жесткость временную и постоянную. Временную (или карбонатную) жесткость придают воде растворимые гидрокарбонаты Са(НCO 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 . Устранить ее можно простым кипячением, при котором гидрокарбонаты превращаются в нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния.

Постоянная жесткость создается сульфатами и хлоридами тех же металлов. И ее можно устранить, но сделать это намного сложнее.

Сумма обоих жесткостей составляет общую жесткость воды. Оценивают ее в разных странах по-разному. Принято выражать жесткость воды числом миллиграмм-эквивалентов кальция и магния в одном литре воды. Если в литре воды меньше 4 мг-экв, то вода считается мягкой; по мере увеличения их концентрации – все более жесткой и, если содержание превышает 12 единиц, – очень жесткой.

Жесткость воды обычно определяют с помощью раствора мыла. Такой раствор (определенной концентрации) прибавляют по каплям к отмеренному количеству воды. Пока в воде есть ионы Са 2+ или Mg 2+ , они будут мешать образованию пены. По затратам мыльного раствора до появления пены вычисляют содержание ионов Са 2+ и Mg 2+ .

Интересно, что аналогичным путем определяли жесткость воды еще в Древнем Риме. Только реактивом служило красное вино – его красящие вещества тоже образуют осадок с ионами кальция и магния.

Хранение кальция

Металлический кальций длительно хранить можно в кусках весом от 0,5 до 60 кг. Такие куски хранят в бумажных мешках, вложенных в железные оцинкованные барабаны с пропаянными и покрашенными швами. Плотно закрытые барабаны укладывают в деревянные ящики. Куски весом меньше 0,5 кг подолгу хранить нельзя – они быстро превращаются в окись, гидроокись и карбонат кальция.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кальций - двадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ca от латинского «calcium». Расположен в четвертом периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 20.

Кальций принадлежит к числу самых распространенных в природе элементов. В земной коре его содержится приблизительно 3% (масс.). Он встречается в виде многочисленных отложений известняков и мела, а также мрамора, которые представляют собой природные разновидности карбоната кальция CaCO 3 . В больших количествах встречаются также гипс CaSO 4 ×2H 2 O, фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и, наконец, различные содержащие кальций силикаты.

В виде простого вещества кальций представляет собой ковкий, довольно твердый металл белого цвета (рис.1). На воздухе быстро покрывается слоем оксида, а при нагревании сгорает ярким красноватым пламенем. С холодной водой кальций реагирует сравнительно медленно, но из горячей воды быстро вытесняет водород, образуя гидроксид.

Рис. 1. Кальций. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кальция

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 40,078.

Изотопы кальция

Известно, что в природе кальций может находиться в виде четырех стабильных изотопов 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca и 48 Ca, с явным преобладанием изотопа 40 Ca (99,97%). Их массовые числа равны 40, 42, 43, 44, 46 и 48 соответственно. Ядро атома изотопа кальция 40 Ca содержит двадцать протонов и двадцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные изотопы кальция с массовыми числами от 34-х до 57-ми, среди которых наиболее стабильным является 41 Ca с периодом полураспада равным 102 тысячи лет.

Ионы кальция

На внешнем энергетическом уровне атома кальция имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

В результате химического взаимодействия кальций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Ca 0 -2e → Ca 2+ .

Молекула и атом кальция

В свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул Ca. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кальция:

Сплавы кальция

Кальций служит легирующим компонентом некоторых свинцовых сплавов.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Ca → Ca(OH) 2 → CaCO 3 →Ca(HCO 3) 2 .

Ответ

Растворив кальций в воде можно получить мутный раствор соединения известного под названием «известковое молоко» — гидроксида кальция: Ca+ 2H 2 O→ Ca(OH) 2 + H 2 . Пропустив через раствор гидроксида кальция углекислый газ получаем карбонат кальция: 2Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. Добавив к карбонату кальция воды и продолжая пропускать через данную смесь углекислый газ получаем гидрокарбонат кальция: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2 .

КАЛЬЦИЙ, Ca (от лат. Calx, род. падеж calcis — известь *. а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; и. calcio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева , атомный номер 20, атомная масса 40,08. Состоит из шести стабильных изотопов: 40 Ca (96,97%), 42 Ca (0,64%), 43 Ca (0,145%), 44 Ca (2,06%), 46 Ca (0,0033%) и 48 Ca (0,185%). Открыт английским химиком Г. Дэви в 1808.

Получение и применение

Получают металлический кальций двумя методами: электролизом расплава CaCl 2 с использованием медно-кальциевого анода получают сплав Ca — Cu (~65% Ca), из которого в вакууме при 950-1000°С отгоняют Ca; при прокаливании смеси CaO и порошкообразного Al при 1200°С в вакууме выделяющиеся по реакции 6CaO+2Al=3CaOAl 2 О 3 +3Ca пары кальция конденсируют на холодной поверхности.

Металлический кальций находит применение при получении антифрикционных сплавов Pb — Na — Ca; сплав Pb — Ca используется для изготовления оболочки электрических кабелей. Кальций применяется также в качестве восстановителя U, Th, Cr, V, Zr и редкоземельных элементов из их оксидов или галогенидов, для удаления серы из нефтепродуктов, обезвоживания органических растворителей, в качестве поглотителя в электровакуумных приборах и др.

Организм взрослого человека массой 70 кг содержит примерно 60 химических элементов из Периодической таблицы. Каждое вещество выполняет определённые функции, обеспечивающие слаженность работы всего организма. На пятом месте по процентному соотношению находится кальций - 1,5% от массы тела. Статья расскажет, каково значение этого макроэлемента для человеческого организма, к чему может привести дисбаланс минерала, как восполнить его дефицит из продуктов и медицинских препаратов.

Роль и значение кальция для организма человека

В периодической таблице Д. И. Менделеева кальций располагается во второй группе, имеет порядковый номер 20. Ввиду высокой химической активности, в природе вещество встречается только в связанном виде.

Человеческий организм также содержит соединения кальция – апатиты, карбонаты. Масса этого минерала 1-1,5 кг, причём 99% приходится именно на нашу опору – скелет и зубы. Остальное количество входит в состав тканей, межклеточной жидкости и крови.

Кальций отвечает за следующие функции:

• Участвует в формировании костной ткани. Отвечает за рост и здоровье зубов, волос, ногтей, укрепление клеточных мембран;
• Отвечает за сократительную функцию гладкой и скелетной мускулатуры. Способствует ритмичности сокращений миокарда и стенок сосудов;
• Стабилизирует работу сердца, снижая артериальное давление и уменьшая, проницаемость сосудов. Главные «соратники» кальция в этом деле – калий, магний и натрий;
• Участвует во всех обменных процессах, усиливает проницаемость клеточной мембраны. Транспортировочная функция кальция заключается в том, что межклеточные жидкости переносят питательные вещества, удаляя из клеток отработанный материал и вредные вещества (аллергены, соли тяжёлых металлов);
• Вместе с витамином K участвует в синтезе сложных белков системы гемостаза, например, протромбина. Это вещество ускоряет свёртываемость крови, что способствует быстрому затягиванию ран, препятствует инфицированию раневой поверхности;
• Способствует синтезу нейромедиаторов – проводников биохимических сигналов нервной системы. Положительно влияет на нервную систему – нормализует сон, повышает сопротивляемость организма в стрессовых ситуациях;
• Отвечает за синтез гормонов, нормализует работу эндокринной системы. Гормоны и ферменты способствуют перевариванию пищи, участвуют в липидном обмене, поддерживают нормальный уровень сахара в крови, влияют на репродуктивную функцию, метаболизм и т. д.

В плазме крови кальций присутствует в трёх различных формах. Активная ионизированная форма составляет 60%, принимает участие во всех жизненно важных процессах – секреции гормонов, проводимости нервных импульсов, сокращении мышц, делении клеток и т. д. Неионизированные (связанные) формы представляют собой соединения с альбумином (30%) и низкомолекулярными анионами (10%). Активного участия в биохимических процессах они не принимают.

Концентрация макроэлемента в крови определяется при помощи биохимического анализа, складывается из суммы всех трёх форм. Во время исследования обязательно вносятся поправки, учитывающие увеличение неактивного кальция при ряде различных заболеваний, гормональных нарушениях, приёме лекарств, беременности.

Значение кальция для буферной системы организма

Важнейшая роль минерала для человеческого организма заключается в поддержании постоянства буферной системы – pH крови. Этот показатель наиболее жёстко отслеживается нашим функционалом, поскольку смещение константы всего на десятую долю приводит к серьёзным последствиям. Так, водородный показатель крови равен 7,4, его сдвиг на 0,2 приводит к коме, а на 0,3 - вызывает гибель человека.

Наше тело содержит 65-70% жидкости, сдвиг буферной системы в сторону кислой среды недопустим. Поскольку большая часть пищи является кислотообразующей, организм старается нейтрализовать её. Кальций, магний и калий – щелочные металлы, которые способны подавить вредное воздействие и привести показатель в норму. Их количество в крови регулируется при помощи обменных процессов. Как это происходит, вы узнаете далее.

Механизм кальциевого обмена

Стремление внутренней среды к равновесию называется гомеостазом. За регуляцию концентрации минерала в крови отвечают витамин D и гормоны паращитовидных желёз:

• ПТГ (паратиреоидный гормон);
• Кальцитонин.

При снижении концентрации макроэлемента в крови паращитовидные железы начинают активно продуцировать ПТГ. Паратиреоидный гормон активизирует снижение выделения кальция с мочой и вымывание минерала из главного хранилища – костной ткани. Он стимулирует работу почек на превращение витамина D в кальцитриол (D 3). Эта активная форма витамина D улучшает всасывание минерала стенками тонкой кишки. Если человек не обеспечит поступление необходимого количества кальция с пищей, мозг даст сигнал паращитовидным железам, что нужно привести буферную систему в норму. После восстановления ионного равновесия выработка ПТГ прекращается.

Превышение концентрации кальция даёт сигнал к выработке другого гормона – кальцитонина . Его воздействие направлено на скорейшее выведение излишков минерала почками и кишечником.

Симптомы недостатка и избытка минерала

В норме концентрация всех трёх форм кальция в крови составляет 2,2 ммоль/л, определить его уровень можно при помощи биохимического анализа . Поскольку нутриент поступает в организм человека исключительно с пищей, важно поддерживать рекомендованные нормы его потребления. В случае длительного «голодания» или избытка минерала, наблюдается развитие тяжёлых патологий.

Гипокальциемия

Дефицит макроэлемента является последствием нерационального питания или определённых проблем со здоровьем. Провоцировать его развитие могут следующие факторы:

• патологии паращитовидных желез;
• нарушение кальциевого обмена;
• пониженное содержание в пище;
• использование диуретических и слабительных средств, провоцирующих быстрое вымывание макроэлемента;
• несоблюдение дневных норм поступления минерала с пищей или употребление продуктов, богатых фосфором, железом, цинком, магнием или щавелевой кислотой. Данные вещества либо препятствуют всасыванию кальция, либо ускоряют его выведение.
• дефицит нутриента в потребляемом питании.

При систематическом дефиците кальция организм будет постоянно пополнять запас из костной ткани . Со временем это приведёт к снижению плотности костей и развитию остеопороза . Первыми признаками нехватки минерала можно назвать ухудшение состояния зубов, повышенную ломкость ногтевых пластин и волос, быструю утомляемость, мышечные судороги. Дальнейшими последствиями станет повышенный риск переломов, развитие серьёзных патологий в работе сердца и нервной системы, нарушения системы гемостаза.

Гиперкальциемия

Высокий уровень кальция в плазме крови, не менее опасен, чем дефицит макроэлемента. Причиной избытка минерала выступают патологии эндокринной системы, вызывающие сбои в кальциевом обмене. К гиперкальциемии приводит и чрезмерное употребление продуктов или минеральных комплексов, содержащих кальций и витамин D.

Потеря аппетита, тошнота и рвота, жажда, боли в животе, запор – таковы первые симптомы избытка нутриента в организме. Длительное повышение концентрации макроэлемента приводит к серьёзным последствиям:

• нарушение проводимости нервных волокон;
• снижение мозговой активности, галлюцинации;
• снижение тонуса гладкой и скелетной мускулатуры, что приводит к развитию брадикардии и стенокардии;
• усиление секреции желудочного сока, развитие язвенной болезни, гиперацидного гастрита;
• повышение риска аутоиммунных заболеваний, патологий желез внутренней секреции;
• отложение минерала на стенках сосудов, во внутренних органах (кальциноз);
• появление камней в почках, нефрокальциноз.

Одной из причин развития гиперкальциемии является онкология . Злокачественные опухоли разрушают костную ткань, при этом высвобождается большое количество минерала.

Продукты с наибольшим содержанием минерала, его доступность из них, влияние термической обработки

Мы привыкли считать, что лучшим источником кальция являются молочные продукты, но растительная пища не менее богата нутриентом. Например, 100 г молока содержит около 100 мг минерала, а такое же количество кунжутного семени в 10 раз больше! Научно доказано, что пища животного происхождения содержит витамин D, без которого усвоение нутриента невозможно. Если по какой-то причине вы отдали предпочтение вегетарианскому меню, придётся поискать дополнительный источник витамина D.

Среди молочных продуктов рекордсменами по содержанию минерала считаются твёрдые сорта сыра. В 100 г сыра чеддер содержится 1100 мг нутриента. Плавленый сыр содержит в три раза меньшее количество. Молоко, сметана, йогурт, кефир, творог содержат 100-160 мг минерала. Среди продуктов животного происхождения лидируют сардины. Помимо 300 мг кальция, они содержат рыбий жир, богатый витамином D и фосфор, способствующие лучшему усвоению макроэлемента.

Некоторые растительные продукты также богаты нутриентом (количество указано на 100 г продукта):

• Зелёная масса крапивы – 700 мг;
• Капуста – 210 мг;
• Курага – 170 мг;
• Зелень (петрушка, укроп, кресс-салат) – 180-250 мг;
• Молодая ботва репы – 190 мг;
• Фасоль белая – 150-180 мг;
• Семя подсолнечника – 100 мг;
• Миндаль – 250 мг.

При грамотном подходе даже люди с непереносимостью молочного белка могут составить сбалансированный рацион, обеспечивающий необходимое поступление минеральных веществ в организм.

Составляя меню, не забудьте учесть, что усвоению кальция препятствуют следующие вещества и продукты:

• Фитиновая кислота (злаки, клетчатка);
• Кофеин (кофе, шоколад);
• Щавелевая кислота (зелень, щавель, шпинат, ревень);
• Пища с большим содержанием углеводов, соли, жиров, магния, фосфора и калия.

Органические соли кальция превращаются в нерастворимые неорганические соединения во время варки. Это снижает всасываемость нутриента на 25-30%, увеличивает риск отложения конкрементов во внутренних органах. Полезнее употреблять сырые продукты или подвергать их минимальной термической обработке.

Более подробную информацию о продуктах содержащих кальций — .

Нормы для разных категорий людей

Для поддержания здоровья организма следует ежедневно обеспечивать употребление определённого количества кальция. Норма зависит от половой и возрастной категории:

• Младенцы до 6 месяцев – 400 мг;
• Дети 6-12 месяцев – 500 мг;
• Младшие дошкольники (1-5 лет) – 600 мг;
• Учащиеся начальных классов (до 10 лет) – 800 мг;
• Подростки 10-13 лет – 1000 мг;
• Девушки и юноши в возрасте 14-24 года – 1200-1500 мг;
• Женщины 25-55 лет – 1000 мг;
• Мужчины 25-65 лет – 1000 мг;
• Женщины старше 55 лет – 1200-1500 мг;
• Мужчины старше 65 лет – 1300-1500 мг.

Корректировка дневной нормы кальция требуется спортсменам, поскольку минерал активно выводится при потоотделении. А также корректировка нужна при длительной гормональной терапии, использовании глюкокортикостероидных препаратов, анаболиков, постоянном контакте с соединениями фосфора.

Кальций для детей и беременных

Для правильного роста в детском возрасте особенно важно обеспечить стабильное поступление необходимого количества кальция и витамина D . Этот строительный элемент поможет формированию здорового скелета, убережёт от развития рахита. Рацион составляется в соответствии с возрастными требованиями.

Во время беременности происходят глобальные перестройки, значительно возрастает потребность в кальции. Это связано с тем, что растёт нагрузка на скелет и сердце. Растущему малышу также нужен макроэлемент для формирования скелета. Во время беременности и лактации важно поддерживать здоровый рацион и обеспечить поступление 1500-2500 мг нутриента ежедневно. Трудности могут возникнуть при непереносимости молочных продуктов, поэтому беременным женщинам нередко выписывают специальные препараты.

Кальций в медицинских препаратах

При необходимости восполнить суточную потребность в кальции можно при помощи медицинских препаратов. Ассортимент биологических добавок и витаминно-минеральных комплексов очень широк, все они содержат соединения макроэлемента.

Чаще всего, в состав препаратов входят следующие соли кальция:

• Глюконат;
• Цитрат;
• Хлорид;
• Карбонат.

Добросовестные производители указывают дозу элементарного минерала в препарате, ведь перечисленные соли содержат не так много необходимого нутриента. Например, в глюконате Ca всего 9,3% минерала.

К наиболее популярным препаратам, содержащим макроэлемент, относят:

• Скоралайт
• Витакальцин
• Кальцемин
• Кальций D3 Никомед
• Компливит кальций D3
• Витрум
• Элевит.

Первые два препарата являются монокомпонентными, содержат только соли кальция. Кальций D3 Никомед и Компливит кальций D3 относятся к комбинированным препаратам, дополнительно содержат витамин D для лучшего усвоения минерала. Остальные препараты кроме кальция содержат комплекс витаминов и минералов. С рекомендованной дозировкой и противопоказаниями можно ознакомиться в инструкции.

Совместимость кальция с другими элементами

Минерал вступает в реакцию с различными веществами, что существенно влияет на ход кальциевого обмена. О влиянии главного союзника нутриента витамина D вы уже знаете, рассмотрим и некоторые другие вещества.

Витамины группы B отлично сочетаются с макроэлементом. Без кальция невозможно усвоение цианокобаламина (). Пиридоксин (витамин B 6) поддерживает необходимую концентрацию минерала в крови, замедляя процесс его выведения. Высокая химическая активность нутриента блокирует усвоение марганца, железа и цинка. Между приёмом препаратов с этими химическими элементами должно пройти не менее 4-6 часов. Если содержание магния в пище или препарате вполовину меньше концентрации кальция, они отлично усваиваются вместе. При большем количестве магния, всасываемость минерала ухудшается.

Кальций – один из важнейших химических элементов для здорового функционирования человеческого организма. Чтобы избежать развития серьёзных патологий, следует обеспечивать ежедневную норму потребления минерала при помощи сбалансированного рациона или медицинских препаратов.

Количество кальция в нашем организме очень легко подсчитать. Оно составит около 2% от общей массы тела, то есть примерно 1000 – 1500 г. Около 99% его входит в состав костей, дентина и эмали на зубах, а остальное количество – в состав нервных клеток и мягких тканей.

Количество кальция, необходимое в сутки

В сутки человеку необходимо 800-1000 мг кальция. Если вам за 60 или вы спортсмен, то увеличьте это количество до 1200 мг.

При каких условиях возрастает потребность в кальции?

Известно всем, что детям с раннего возраста нужно давать в пищу много творога и других молокопродуктов, а все потому, что в раннем возрасте потребность в кальции очень высокая. Если ребенок получит достаточное количество этого элемента в детстве, то он будет здоровым и проблем с костями испытывать не будет.

Беременные женщины и женщины, кормящие ребенка грудью, тоже должны употреблять много продуктов, насыщенных кальцием. От этого зависит здоровье будущего или уже имеющегося ребенка!

Спортсменам и людям с обильным потоотделением врачи также рекомендуют повысить ежедневную дозу кальция.

Полезное влияние кальция на организм

Кальций – это материал для строения зубов и костей. Кровь не может существовать без кальция, ведь он входит в ее состав. Тканевая и клеточная жидкость тоже имеют кальций в своем составе. Кальций предотвращает попадание в организм вирусов и чужеродных тел, играет важную роль в свертывании крови.

Кальций принимает участие в управлении функциями гормонов, отвечает за выделение инсулина, проявляет в организме антиаллергенные и противовоспалительные свойства, берет участие в синтезе нуклеиновых кислот и белков в мышцах, повышает защитные силы организма, принимает участие в восстановлении соляно-водного баланса организма.

Ощелачивающий эффект в кислотно-щелочном балансе происходит тоже при участии кальция. Кальций должен обязательно присутствовать в организме в нужном количестве для передачи нервных импульсов, поддержания работы сердца, мышечных сокращений, регулировки стабильности работы нервной системы. Запасается кальций в длинных трубчатых костях.

Интересно то, что при плохом снабжении организма кальцием он сам использует запасенный кальций для «нужд» крови. При помощи гормона паращитовидной железы фосфор и кальций переносятся в кровь из костной ткани. Вот так кости приносятся в жертву ради благополучия крови!

Усвояемость кальция организмом

Кальций является трудноусвояемым элементом, поэтому обеспечить организм нужным количеством кальция не очень просто. К примеру, злаковые, щавель и шпинат содержат специфические вещества, которые препятствуют усвоению кальция. Чтобы кальций мог усвоиться, он сначала обрабатывается соляной кислотой желудка, а затем поддается воздействию желчи, чтобы соли кальция могли превратиться в усвояемые вещества.

Чтобы не уменьшать усвояемость кальция, не стоит одновременно употреблять сладости и насыщенные углеводы, так как они вызывают выделение щелочных соков желудка, а те мешают соляной кислоте обрабатывать кальций.

С другой стороны, излишнее содержание в организме магния (Mg) и фосфора (P) препятствует переработке кальция. Дело в том, что фосфор (P) входит в химическую реакцию с кальцием и образует соль, которую невозможно растворить даже в кислоте.

Кальций хорошо усваивается из молочных продуктов, так как в них содержится лактоза – молочный сахар. Он под воздействием микрофлоры кишечника превращается в молочную кислоту и растворяет кальций. Любые аминокислоты или даже лимонная кислота образовывает вместе с кальцием вещества, которые легко растворяются.

Жиры также способствуют хорошему усвоению кальция. Но их должно быть определенное количество. При недостатке жиров для переработки кальция не будет хватать жирных кислот, а при переизбытке – желчных. Соотношение кальция и жиров должно быть 1:100. Таким образом, вам подойдут сливки, к примеру, 10% жирности.

Интересно, что беременные женщины усваивают кальций куда лучше, чем те. Кто не ждет ребенка.

При нехватке кальция у людей происходит замедление роста, повышение нервной возбудимости. Такие люди страдают от бессонницы, онемения и покалывания в конечностях, болей в суставах и от хрупкости ногтей. Они имеют повышенное артериальное давление, завышение болевого порога, учащенное сердцебиение. Одним из признаков дефицита кальция является тяга к поеданию мела.

У женщин при недостатке кальция бывают частые обильные менструации.

У детей при недостатке кальция может развиться рахит, а у взрослых – хрупкость костей и остеопороз. При малом количестве кальция в крови, сокращаемость мышц может быть нарушена: возникают судороги и конвульсии.

У людей с недостаточным уровнем кальция может резко ухудшаться настроение. Такой человек становится нервным, его может тошнить, аппетит может ухудшиться.

Признаки переизбытка кальция

Избыток кальция может возникнуть при приеме слишком больших доз кальция одновременно с витамином D. Также это может произойти, если человек длительное время питается исключительно молокопродуктами. Лишний кальций может оседать в органах, в мышцах и на стенках сосудов. При избыточном введении кальция и витамина D в кровь может возникнуть сильное расслабление мышечных тканей. Человек может впасть в кому или летаргический сон.

Что влияет на содержание кальция в продуктах?

Значительное количество кальция может теряться при приготовлении творога, поэтому его зачастую специально насыщают кальцием.

Причины возникновения недостатка кальция

Если в желудке недостаточное количество лактозы – фермента, перерабатывающего молоко, то усвояемость кальция может быть нарушена. За 10 дней до наступления менструаций у женщин резко снижается уровень кальция. Во время менструации это приводит к сокращениям матки, что и вызывает болезненные ощущения. При питании исключительно растительной пищей, витамин D практически не поступает в организм, от чего усвояемость кальция уменьшается.

Продукты, содержащие кальций

Все молокопродукты содержат кальций. Одни больше, другие меньше. Сыры могут содержать в себе до 1000 мг кальция. Так, плавленые сыры содержат 860-1006 мг кальция, творог – 164 мг, брынза – 630 мг. Сметана очень полезна для организма, ведь она содержит 90-120 мг кальция, а наши любимые взбитые сливки – 86 мг. Разнообразные орешки могут содержать от 100 до 250 мг кальция, поэтому любители «орешков к пиву» не будут страдать от хрупкости костей.

Обыкновенная овсянка содержит до 170 мг кальция, а если есть ее каждое утро, то в сумме с другими продуктами она полностью обеспечит кальцием ваш организм.

Взаимодействие кальция с другими элементами

При приеме препаратов, таких как кальций карбонат, с едой, нарушается всасывание сульфата железа. Если же принимать кальций карбонат даже в большом количестве на голодный желудок, то железо (Fe) будет отлично всасываться. Хорошему усвоению кальция помогает прием витамина D.